Способ пластики костных дефектов при эндопротезировании тазобедренного и коленного суставов

Предлагаемое изобретение относится к медицине, а именно к травматологии-ортопедии, и может быть использовано в хирургическом лечении как при первичном, так и ревизионном эндопротезировании тазобедренного, коленного суставов.

При проведении эндопротезирования суставов до начала операции проводят рентгенографическое и другие формы обследования заменяемого сустава и прилегающих к нему костей с целью выявления анатомических особенностей, подбора имплантируемого протеза и выявления необходимости использования аугментов, включая их форму и размер, при имплантации. Аугмент - специальный вид импланта, целью использования которого является создание максимальной конгруэнтности поверхности кости-акцептора и посадочной поверхности компонента эндопротеза. Аугменты используют для замещения костных дефектов с целью восстановления анатомических особенностей пораженной кости и восполнения ее нормальных контуров и формы. Аугментами возмещают дефекты и изъяны кости, которые остаются после обработки суставных концов под посадку компонентов эндопротеза.

При проведении операции протезирования используют известный способ пластики костных дефектов (см. статью Карпухин А.С. «Замещение костных дефектов при эндопротезировании коленного сустава» ФГУ «Федеральный Центр травматологии, ортопедии и эндопротезирования» Минздравсоцразвития России»), при котором используют набор металлических аугментов, выполненных из титана с пористой поверхностью (см. интернет-ресурс: http://www.zimmer.com/medical-professionals/products/knee/tm-femoral-tibial-augments.html) или (см. Каталог «Regenerex™ ringloc®+ Modular Acetabular System SURGICAL TECNIQUE BIOMET ORTHOPEDICS)), интернет ресурс: file:///C:/Users/DNS/Downloads/Regenerex-Augments-Surgical Tech-nique.pdf).

Аугменты из титанового сплава не абсолютно биосовместимы с костной тканью человеческого организма, что является их недостатком, и в связи с этим далеко не всегда происходит прорастание соединительной ткани в поры аугментов и тем более - в эндопротез, и тем самымщ не исключаются резорбция кости на границе с аугментом с последующей нестабильностью его и контактирующего с ним эндопротеза.

Для лечения тазобедренного сустава при его эндопротезировании используют аугменты в виде накладок различной формы, позволяющих восполнить имеющиеся потери кости. Аугменты при эндопротезировании коленного сустава выполнены в виде преформированного блока неправильной формы или в форме полудиска различной толщины и диаметра.

В процессе операции по известному способу требуется подгонка суставных концов костей пациента под посадку компонентов эндопротеза, т.к. подгонка самих аугментов в процессе операции невозможна вследствие изготовления их из титанового сплава. Подгонка кости под форму аугментов путем ее дополнительной резекции травматична для оперируемого, а в ряде случаев крайне затруднена из-за недостатка костной ткани: известно, что при проведении операции эндопротезирования (первичного и особенно ревизионного) встречаются ситуации, когда и без того существует дефицит кости суставных концов и перед хирургом стоит сложная задача - максимально сэкономить кость при посадке компонентов эндопротеза.

Технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение травматичности операции и обеспечение возможности эндопротезирования при наличии костных дефектов путем придания принимающей поверхности кости максимальной конгруэнтности посадочной поверхности для компонентов эндопротеза за счет установки в имеющиеся дефекты и полости аугментов, обеспечивающих прорастание соединительной ткани сквозь них в протез и позволяющих производить подгонку их формы в процессе операции к форме оперируемой кости с учетом ее дефицита.

Кроме того, в ряде случаев технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение прочности фиксации чашки протеза.

Технический результат достигается тем, что в известном способе пластики костных дефектов при эндопротезировании коленного и тазобедренного суставов, включающем подбор формы и размера аугментов в дооперационный период, установку аугментов для устранения дефекта костной массы и придания принимающей поверхности кости максимальной конгруэнтности посадочной поверхности для компонентов эндопротеза имеются отличия, а именно используют аугменты из углеродного композиционного материала, при этом размер и объем аугмента выбирают с небольшим запасом, учитывая существующий дефект костной массы, а максимальной конгруэнтности посадочной поверхности кости и компонентов эндопротеза достигают за счет подгонки формы и размера устанавливаемого аугмента к аналогичным характеристикам остаточных костных дефектов.

Кроме того, достижение прочности фиксации чашки протеза достигается тем, что в отверстия чашки протеза вводят один, два и более винтов в любом требуемом направлении, в том числе через аугменты.

Предлагается использовать известный углеродный пористый материал для замещения костей, который имеет армирующую основу, выполненную в виде каркаса, содержащего вертикально установленные стержни и горизонтальные слои, каждый из которых образован стержнями, сформованными из углеродных волокон, при этом материал содержит поры размером 100-1000 мкм, например, «Композиционный пористый материал» (см. патент Российской Федерации №2181600, МПК A61L 27/08, A61F 2/44, опубл. 27.04.2002).

Углеродный композиционный материал не отторгается организмом, поскольку в составе нашего тела около 17% составляют производные углерода, и хорошо интегрируется с костью, обладает качеством биоинертности и имеет коэффициент упругости, сопоставимый с таковым у кости.

Выполнение аугмента для пластики костных дефектов из углеродного композиционного материала позволяет обеспечить установку протеза при наличии костных дефектов, характеризующихся значительной потерей костной массы. Окончательную подгонку аугмента по форме и размеру к имеющемуся дефекту кости осуществляют в ходе оперативного вмешательства не за счет дополнительной резекции кости, а за счет обработки (подгонки) аугмента.

Углеродный композиционный пористый материал сочетает химическую и термическую стойкость с высокой конструкционной прочностью, биологической совместимостью и электропроводностью. Имплантированный материал не вызывает роста новообразований, не подвергается резорбции, кость интактна к углеродному материалу, материал не способствует образованию соединительнотканной капсулы на границе кость-имплантат. Близкие значения модуля упругости полученного материала и костной ткани позволяют данной системе при нагрузке работать как единое целое. Материал биологически более инертен, по сравнению с углепластиками, керамическими материалами и металлами. Материал инертен к костной ткани, не вызывает каких-либо отрицательных реакций со стороны костного ложа, прочно фиксируется в нем, благодаря тому, что костная ткань хозяина прорастает в поры и углубления на поверхности имплантата, интимно связываясь с ним.

Высокие механические свойства заявляемого композиционного материала и технологичность механической обработки позволяют применять его в качестве имплантатов и протезов при операциях на костях и суставах.

Однако использование известного материала для изготовления аугментов при протезировании тазобедренного и коленного сустава ранее не применялось. Также ранее не предлагалось для снижения травматичности операции протезирования суставов, требующей пластики костной ткани, проводить подгонку формы, размера и рельефа аугмента в ходе операционного вмешательства. Использование аугментов из углеродного материала также позволяет упрочить фиксацию протеза за счет возможности введения винтов через аугмент в отверстия протеза в любом требуемом направлении не известно из уровня техники.

Пример 1

Хирург, планируя пластику костных дефектов при эндопротезировании тазобедренного сустава, осуществляет подбор формы и размера аугментов в дооперационный период для устранения дефекта костной ткани и создания максимальной конгруэнтности принимающей поверхности кости и посадочной поверхности компонентов эндопротеза.

При эндопротезировании тазобедренного сустава для установки ножки 1 металлического протеза в бедренную кость 2 используют аугмент 3, выполненный конусообразной формы, а аугмент 4 для установки в вертлужную впадину - в виде боковых накладок (сегментов полусферы) различной формы и размеров в зависимости от костных дефектов (см. фиг. 1).

Хирург подбирает наиболее подходящую ножку 1 по рентгенограмме, прикладывая к ней специальные шаблоны контуров различных типов и размеров ножек. При этом учитывают многие параметры: форму канала, форму и протяженность костных дефектов, имеющиеся деформации, выраженность остеопороза и т.д.

При первичном эндопротезировании сначала по шаблону спиливают шейку и головку бедренной кости 2, при ревизионном этот этап не требуется.

Затем вертлужную впадину рассверливают сферическими фрезами до нужного диаметра, при этом полностью снимается слой хряща. Размер, до которого нужно рассверливать вертлужную впадину, предварительно оценивается хирургом перед операцией по обычным рентгенограммам, к которым прикладывают специальные шаблоны. Дефекты кости в области днища и краев вертлюжной впадины заполняют аугментами 4 соответствующей формы, подгоняемыми в процессе операции под профиль, размер и рельеф дефекта. Процедуру подгонки для придания принимающей поверхности кости максимальной конгруэнтности посадочной поверхности осуществляют с помощью подрезки краев аугмента стоматологической фрезой, либо скусыванием их костными кусачками. Тем самым, в отличие от использования металлических аугментов, при которых необходима та или иная дополнительная резекция кости под профиль и рельеф аугмента, аугменты из углеродного композита подгоняются к форме и размеру костного дефекта без дополнительной потери костной ткани, которой и без того как правило существует дефицит. При наличии краевых дефектов большого размера аугменты 4 фиксируют к костному матриксу винтами (винты на чертеже условно не показаны).

Чашку протеза вколачивают в кость до тех пор, пока она не заклинится в вертлужной впадине (чашка протеза и вертлужная впадина на чертеже условно не показаны). Как правило, диаметр устанавливаемой чашки на 1-2 миллиметра больше, чем диаметр фрезы, поэтому чашка протеза входит в вертлужную впадину плотно. При необходимости, если у хирурга есть сомнения в прочности фиксации чашки протеза, в ее отверстия вводят один, два и более винтов, причем в отличие от использования титановых аугментов, через которые винт в ходе операции в желаемом направлении провести далеко не всегда возможно, при использовании композитных аугментов из углерода винты можно проводить через последний в любом желаемом направлении.

После установки чашки протеза в нее ставят вкладыш, внутри которого будет вращаться головка 5 эндопротеза тазобедренного сустава (вкладыш на чертеже условно не показан).

Затем особым инструментом открывают канал бедренной кости 2, который разрабатывают специальными рашпилями, повторяющими форму предварительно избранной ножки 1 эндопротеза тазобедренного сустава. Рашпили последовательно меняют от меньшего размера к большему до тех пор, пока рашпиль не будет достаточно плотно заклиниваться в канале бедренной кости 2. Остающиеся при этом дефекты бедренной кости 2 вокруг рашпиля восполняют подгоняемыми по размеру и форме углеродными аугментами 3. На рашпиль надевают примерочную головку, вправляют ее в ранее установленную чашку эндопротеза и проверяют движения. Далее в канал вставляют ножку 1 эндопротеза, вокруг которой в костные дефекты плотно внедряют подготовленные аугменты 3. Ножку 1 вколачивают до тех пор, пока она прочно не вклинится в канале бедренной кости 2 и уплотнит аугменты 3 в костный матрикс за счет большего на 1 мм размера ножки по сравнению с рашпилем соответствующего номера.

Пример 2

Хирург, планируя пластику костных дефектов при эндопротезировании коленного сустава, осуществляет подбор формы и размера аугментов в дооперационный период для устранения дефекта костной массы и придания принимающей поверхности кости максимальной конгруэнтности для посадочной поверхности компонентов эндопротеза.

Для пластики костных дефектов коленного сустава используют аугменты 6 и 7, выполненные из углеродного композиционного материала конусообразной формы, необходимой для установки в конусообразный дефект торца берцовой кости 8 или/и бедренной кости 9 и снабжен отверстием для установки интрамедуллярной ножки металлического эндопротеза 4 (см. фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5).

При наличии краевых дефектов мыщелков бедренной кости 3 используют аугмент 7, выполненный из углеродного композиционного материала в форме полудисков.

Колено вскрывают длинным разрезом по передней поверхности и обнажают коленную чашечку. Коленную чашечку сдвигают, открывая коленный сустав, расположенный за ней. Все костные наросты с чашечки и мыщелков бедра и большеберцовой кости 8 удаляют и ослабляют натяжение мягких тканей.

В случае ревизионного вмешательства удаляют ранее установленный эндопротез, затем производят опилы суставных концов под вновь запланированную конструкцию. Это делается с большой точностью, так чтобы подобранные в ходе предоперационного планирования компоненты искусственного сустава (протеза) плотно прилегали к поверхностям костных опилов. Имеющиеся дефекты костной ткани, остающиеся после производства опилов, заполняют углеродными аугментами 6 и 7. При этом краевые дефекты мыщелков бедренной и/или большеберцовой костей 8 или 9 восполняют аугментами 7 в форме полудисков, а дефекты центрального типа, остающиеся вокруг ножек протеза 10 бедренного или тибиального компонентов, замещают конусовидными аугментами 6 с центральным отверстием под упомянутые ножки протеза 10. Окончательную подгонку аугментов 6 и 7 для их соответствия заполняемому дефекту производят в ходе хирургического вмешательства. Эту процедуру осуществляют с помощью подрезки краев аугмента 6 или 7 стоматологической фрезой, либо скусыванием их костными кусачками. Тем самым в отличие от использования металлических аугментов, при которых необходима та или иная дополнительная резекция кости 8 или 9 под профиль и форму аугмента, аугменты из углеродного композита подгоняются к форме и размеру костного дефекта без дополнительной потери костной ткани, которой и без того, как правило, существует дефицит. Установку компонентов эндопротеза 10 проводят по общим правилам посадки их способом пресс-фит. Рану послойно зашивают.